1930'larda, Albert Einstein Kuantum mekaniği konusunda
çekinceleri vardı. Bunun üzerine geliştirdiği teoriye göre gelişigüzel bir
uzaklıkta da olsa evrende bir noktada olan bir olay bir başkasını anında
etkiliyordu. Buna "uzaktan etkileyen korkutucu eylem" dedi. Çünkü bu
tarz bir olayın saçma olduğunu düşünüyordu. Bu ışık hızından hızlı iletişim
demekti ki bu görelik kuramı ile çelişen bir durumdu. Şimdi ise bu deneyi yapıp
bulduğumuz şey gerçekten korkutucu bir olay.
Öncelikle spin (dönüş) denen olayın ne olduğunu anlamamız
lazım.
Tüm temel parçacıkların bir dönüşü vardır. Hayır, aslında
gerçekten dönmüyorlar. Ancak benzetme uygun bir benzetme. Açısal momentumları
var ve uzayda belli bir yönleri var. Şimdi, bu parçacığın dönüşünü ölçebiliriz,
ancak öncelikle ne taraftan ölçeceğimizi seçmemiz lazım. Ve bu ölçümün sadece
iki sonucu olabilir. Ya parçacık ölçümün yapıldığı yön ile örtüşecek ki buna
yukarı dönüş (spin up) diyoruz; ya da parçacığın dönüşü ölçümün yapıldığı yönün
tersine olacak ki buna da aşağı dönüş (spin down) diyoruz.
Peki, parçacığın dönüşü dikey olmasına rağmen biz ölçümü
yatay olarak yaparsak ne olur? Bu durumda parçacığın yukarı ya da aşağı dönüşü
olması ihtimali %50 olur. Ve ölçümden sonra parçacık sahip ölçüldüğü dönüşü
sürdürür, yani dönüşü ölçmek parçacığın dönüşünü de değiştirmiş olur.
Peki, parçacığı dikeyden 60 derece gibi bir açı ile ölçersek
ne olur? Bu durumda parçacık daha çok ölçümün yapıldığı yönde döndüğü için 3/4
kez yukarı doğru, 1/4 kez de aşağı doğru döner. Bunun olma olasılığı açının
yarısının kosinüsünün karesi ile ilişkilidir.
Olasılık (yukarı dönüş) = P (^) = cos(q/2)2
Olasılık (aşağı dönüş) = P (⌄) = sin(q/2)2
Olasılık (aşağı dönüş) = P (⌄) = sin(q/2)2
Şimdi, Einstein'ın önerdiği gibi bir deney bu parçacıklardan
ikisini kullanarak yapılabilir, ancak belirli bir şekilde hazırlanmaları lazım.
Mesela kendiliğinden enerjiden oluşmalılar.
Evrenin toplam açısal momentumu sabit olmak zorunda oluğu için, bir
parçacığın dönüşü yukarı yönlü ölçülmüş ise aynı yönde ölçülmüş olan diğeri
aşağı yönlü olması lazım. Burada delirtmek lazım ki Sadece aynı yönde ölçülmüş
parçacıkların dönüşleri birbirinin tersi olur.
İşte burada işler biraz garipleşmeye başlıyor. Tüm
parçacıkların iyi belirlenmiş bir dönüş ile oluşmuş olduklarını
düşünebilirsiniz, ancak öyle değil. Sebebi ise şu; dönüşlerinin dikey ve ters
olduğunu düşünün.
Eğer ikisini de yatay olarak ölçersek, her ikisinin de
yukarı yönlü olma ihtimali 50/50 olur. Yani iki ölçümün de aynı yukarı yönlü
sonucu verme ihtimali %50 olur ve bu açısal momentumun korunumu yasası ile
çelişir. Kuantum mekaniğine göre bu parçacıkların belirli bir dönüşleri yoktur
bile. Bu parçacıklar dolanıktır, ki bu basitçe dönüşlerinin birbirinin tersi
olduğu anlamına gelir. Yani bir parçacık ölçüldüğü ve dönüşü belirlendiği zaman,
anında diğer parçacığın ölçümünün vereceği sonucu biliyorsunuz. Bu titiz bir şekilde defalarca deneysel olarak
test edildi. Hangi açı ile ölçüldüğü, hangi detektörlerin kullanıldığı ya da birbirlerinden
ne kadar uzak oldukları fark etmeksizin her zaman birbirlerinin tersi sonucu
verdiler.
Şimdi durup bunun ne kadar çılgınca olduğunu düşünün. İki
parçacığın da dönüşü bilinmiyor, siz birini ölçüyorsunuz ve anında öbür
parçacığın dönüşünü biliyorsunuz, birbirlerinden onlarca ışık yılı uzakta
olsalar bile. Sanki yapılan ilk ölçümün sonucu diğerinin sonucunu ışık hızından
hızlı bir şekilde etkiliyor ki bu gerçekten de pek çok teorisyenin yaptığı
tespit ile aynı.
Ancak Einstein buna dâhil
değil. Bu Einstein'in canını çok sıkmıştı. O da farklı bir açıklama getirdi; bütün
hangi açıdan ölçülürlerse ölçülsünler parçacıkların önceden hangi dönüşe sahip
olacaklarına dair gizli bir bilgiye sahip olduklarını iddia etti. Bizim sadece
ölçene kadar bu bilgiye sahip olmadığımızı söyledi.
Parçacıklar uzayda aynı noktada oluştukları andan itibaren
bilgi parçacıkları içinde olduğu için parçacıklar arasında hiçbir sinyalin ışık
hızından hızlı aktarılması gerekmeyecekti.
Bir süre için bilim insanları parçacıklar hakkında onları ölçünceye dek
bilemeyeceğimiz şeyler olduğunu kabul ettiler. Ama sonra John Bell bunu test
edebilecek bir deney ile çıkageldi. Bu deney parçacıkların baştan beri gizli bilgi
barındırıp barındırmadığını belirleyecekti.
Deney şu şekilde çalışıyor; İki tane dönüş detektörü var ve
her detektör dönüşü 3 yönden birinde ölçebilecek şekilde tasarlanmış. Bu dönüş
yönleri rastgele bir şekilde seçilecek ve birbirlerinden bağımsız olacaklar. Şimdi,
dolanık parçacık çiftleri iki detektöre de gönderilecek ve biz ikisinin de
aynı, yani ikisi de aşağı ya da yukarı olup olmadığını ya da birbirinden farklı
olup olmadığını kaydedeceğiz. Bu deneyi rastgele ölçüm yönlerini değiştirerek
tekrar tekrar yapacağız. Bunu iki detektör ne aralıklarla farklı sonuçlar
verdiğinin yüzdesini bulana dek devam edeceğiz. Ve önemli olan da bu, çünkü bu oran
parçacıkların baştan beri gizli bilgi taşıyıp taşımadığını bize söylüyor.
Şimdi bunun niye böyle olduğunu görmek için, yani
parçacıkların gizli bilgileri olup olmadığını görmek için farklı ölçümlerin
tahmin edilen frekanslarını ölçelim. Bunu
parçacıkların kendi aralarında gizlice anlaştığı bir plan olarak
düşünebilirsiniz. Ve planın yerine gelmesi için gereken tek şart parçacıkların
aynı yönde ne zaman ölçülürse ölçülsünler ters dönüş bilgisi vermeleri
gerekiyor olması.
Yani örnek planlardan biri olarak, bir parçacık ne zaman
ölçülse her ölçüm için yukarı sonucunu verecek ve ikizi her ölçüm yönü için
aşağı dönüş sonucunu verecek. Ya da başka ikinci bir plan şu olabilir; ölçülen
parçacıklardan biri ilk yön için yukarı dönüş, ikinci yön için aşağı dönüş,
üçüncü yön için yukarı dönüş sonucunu verirken ikizi ise ilk ölçüm için aşağı
yönlü, ikinci ölçüm için yukarı yönlü, üçüncü ölçüm için ise aşağı yönlü dönüş
sonucunu verebilir. Tüm diğer planlar
matematiksel olarak eşdeğer, yani bu iki planı kullanarak farklı sonuçların
tahmin edilen değerlerini hesaplayabiliriz.
Birinci plana göre sonuçlar her zaman açık bir şekilde %100
olarak birbirinden farklı olacak. İlki için seçilen yönler fark etmiyor, ancak
ikincisi için hangi yönlerin seçildiği önemli.
Örnek vermek gerekirse eğer iki detektör ilk yönde ölçüm yaparsa, A
parçacığı yukarı dönüş sonucu verecek, B parçacığı da aşağı dönüş sonucu
verecek. Sonuçlar farklı yani.
Ancak onun yerine B detektörü ikinci yönde ölçüm yaparsa sonuç
yukarı yönlü dönüş olacak, yani aynı sonucu verecek. Bunu bu şekilde tüm
kombinasyonlar için deneyebiliriz ve sonuç olarak bulduğumuz şey 5/9 oranında
sonuçların farklı olduğu olur. Yani, ikinci planı kullanarak sonuçlar 5/9
oranında farklı olmalı ve ilk planı kullanarak sonuçlar %100 oranında farklı
olmalı. Yani genel olarak parçacıkların gizli bir bilgisi varsa 5/9 oranından
çok kere farklı sonuçlar görmemiz lazım.
Peki deney ne sonuç veriyor?
Sonuçlar sadece %50 oranında farklı oluyor. İşe yaramıyor! Yani deney farklı yönlerde hangi dönüş sonucu
vereceklerine dair gizli bir bilgi taşıdıkları varsayımını çürütüyor. Peki,
öyleyse Kuantum mekaniği bu sonuçları nasıl açıklıyor? Şimdi detektör A'nın ilk
yönde ölçüm yaptığını hayal edelim ve sonuç yukarı yönlü olsun. Bu durumda anında
diğer parçacığın aynı yönde ölçüldüğünde aşağı yönlü olacağını biliyoruz ki bu
rastgele olarak 1/3 kez oluyor. Ancak, eğer
B parçacığı diğer iki yönden birinde ölçülürse, yani 60 derece açı yapacak şekilde
ölçülürse yazının başından da hatırlayacağınız gibi sonuç 3/4 kez yukarı yönlü
dönüş sonucunu verir. Seçim yönleri 2/3 oranında rastgele bir şekilde seçildiği
için B parçacığı 2/3 çarpı 3/4 eşittir 1/2 kez yukarı yönlü dönüş sonucu verecektir. Yani iki detektör de sonuçların yarısında
aynı sonucu verecek ve diğer yarısında ise farklı sonuç verecek. Ki bu deney
sonuçları ile bire bir örtüşüyor.
Yani Kuantum mekaniği konusunda sıkıntı yok. Ancak bu
sonuçların nasıl yorumlanacağı konusunda tartışma var. Bazı fizikçiler kuantum parçacıklarının gizli
bir bilgi taşımadığı yönünde bir kanıt olarak görüyorlar ve dönüşlerinin ancak
ölçüldükleri zaman bir anlam kazandıklarını söylüyorlar. Diğer fizikçiler ise dolanık
parçacıkların ölçüldükleri zaman birbirlerini ışıktan hızlı bir şekilde
uyararak gizli bilgilerini güncellediklerini düşünüyor.
Peki, bu ışık hızından hızlı bir şekilde iletişim
kurabileceğimiz anlamına mı geliyor?
Herkes bunun olamayacağı konusunda hemfikir, çünkü
detektörlerden aldığımız sonuçlar rastgele sonuçlar. Hangi yönde ölçüm yaparsanız yapın ya da
diğer detektörde ne olursa olsun yukarı ya da aşağı yönlü sonuç alma
ihtimalimiz %50 oluyor. Sonradan bu gözlemciler bir araya gelip sonuçlarını karşılaştırdıklarında
aynı yönü seçtiklerinde birbirlerine göre farklı sonuç aldıklarını görecekler,
ancak bunun bilgi iletimine bir faydası olmaz.
İki veri seti de rastgele olur, ancak diğer tarafın karşıtı bir şekilde
rastgele olur.
Bu gerçekten de korkutucu, ancak iki yönlü iletişime izin
vermiyor, bilginin ışıktan hızlı aktarılmasını sağlamıyor yani görelik kuramını
ihlal etmiyor.
Ve işte bu, en azından Einstein’ı mutlu ederdi.
Çeviri: C. Caner Telimenli